股骨柄的设计原则

1、股骨柄设计原则在过去 50 年里，人们一直在努力恢复患病的髋关节的正常功能并缓解疼痛。 这样就出现了各种各样的髋关节假体。在评价全髋关节的功能时必须考虑柄的设计 特点。这些特点包括股骨头、股骨颈、颈领以及柄体。骨水泥型柄的设计理念和注 意事项与非骨水泥型的股骨柄不同。因此，本文分别就骨水泥型和非骨水泥型股骨 柄的上中下段设计原则作一综述。骨水泥固定的股骨柄颈领在所有股骨柄的设计参数中，有无颈领的设计是最有争议的一个。在骨水泥固 定的股骨假体中，设计颈领的初衷是在柄的插入过程中可以对骨水泥进行加压。结 果发现颈领并没有达到预期的目的。骨水泥型柄的原理是将负荷更合理地传递给近 端的股骨和骨水泥，实

2、事上，许多实验和计算机模型研究都表明，带领的股骨柄会 将更大的压应力（比较接近正常水平的压应力）传递给内侧股骨距（如图1、图 2所示）。这一效果有利于降低由于应力遮挡造成的股骨近端骨吸收，降低假体上的 弯曲应力，降低假体远端骨水泥套层上的应力（如图 3 所示）。锥度设计的股骨柄对负荷传递的特点之一是在近端股骨和骨水泥上产生很高 的环形应力。这种环形应力接近于骨水泥套层的极限拉伸强度，但如果柄带有颈领 的话，理论上将降低骨水泥套层上的环形应力，关节系统使用起来将会安全的多。 但是，令人担忧的是： 1、要想使颈领与股骨紧密配合，在技术上很难达到； 2、在 手术中做到的颈领与骨的任何接触，都无法在术

3、后保持下去。即使发生很轻微的骨 吸收，也会丧失掉假体柄对应力的合理传导，从而丧失了颈领的作用。数学模型表 明，颈领可以将应力通过骨水泥套层传递到股骨距。相反，实验室研究却表明，加上轴向负载后，颈领下的骨水泥套层很快碎裂。但是在临床上，不管是有领或无领 骨水泥柄，临床效果都比较好。股骨柄柄体的设计股骨柄的设计包括柄的几何特点 （长度、形态、横截面） ，材料特性、表面处 理。形态 ：早期的假体柄一般为弯曲形设计，除了横截面为钻石形的以外，这种 弯曲形设计的假体柄已经被淘汰了。因为将这种弯柄插入到一个相对直的髓腔内 （尤其是在冠状面上），就很难形成完整的骨水泥套层。使用这种弯柄，在近端内 外侧和远端

4、内侧的骨水泥套层会较薄弱，这就容易形成该部分的骨水泥套层的疲劳 断裂，最终导致假体的松动。而直的、有小锥度的柄可以在插入假体时给骨水泥加 压，并能保证骨水泥套层更完整一些。柄的长度 ：也是一个相当有争议的参数。首先必须考虑纯技术的因素，比 如插入髓腔时是否容易，取出时是否有困难。数学模型研究表明，太短或太长的股 骨柄都会在某些点产生应力集中。比如，柄太长时，会增大柄本身的应力，而且会 在股骨近端产生应力遮挡。柄太短会在近端产生高应力，这个应力可能会超出骨和 骨水泥的极限强度。对于大部分初次置换的患者来说，柄长度在 100 至 130mm 之 间为最佳。其它因素如翻修术中皮质骨的缺损，也会对假体

5、植入效果产生重要影 响。股骨柄的横截面 ：是描述柄的体积和材料沿柄轴向的分布情况。该设计 参数与材料的物理性质结合起来分析，至少可以部分地代表柄的结构特点，比如柄 的强度和硬度。某些假体的横截面形态比别的假体能够产生更好的力学环境。应该 避免股骨柄带有尖角，因为尖角会产生明显的应力集中从而引起骨水泥和骨的破 裂。那些柄的外侧比较厚的股骨柄抗弯能力比较好，因此对骨水泥产生的拉伸应力 要小。而那些内侧比较厚的股骨柄，对骨水泥套层产生的压应力比较小，因为骨水 泥的抗压强度比抗拉强度大三倍，所以在设计骨水泥型股骨柄时，要尽量降低柄对 骨水泥的张应力，这样的柄用起来相对安全。图 4 表示了几种比较合理的

6、骨水泥柄 的横截面。这一分析的前提是通过髋关节的负荷会在冠状面上主要产生弯曲应力。 事实上，在爬楼梯和步行过程中，股骨柄在矢状面上产生的弯曲应力也是比较大 的。假体材质： 早期的许多假体材质都是都是不锈钢。不锈钢是一种比较硬的 材料（即弹性模量比较高），但是疲劳强度和屈服强度比较低。钴铬钼合金的疲劳 强度和屈服强度都比较好，但是弹性模量比不锈钢稍高一点。钛合金的弹性模量大 约是钴铬钼合金或不锈钢的一半（如图 5 所示）。弹性越好的柄内部应力也越小， 可以更好地将压应力传递给近端的骨和骨水泥，但是，柄太大会降低骨水泥套层的 厚度，并对远端骨水泥套层产生过高的拉伸应力。以上两种情况都会产生骨水泥的

7、 断裂和假体的松动。对于骨水泥固定的假体，不适合于用钛合金。表面处理是另一个非常有争议的设计特点。有一些新设计的骨水泥固定的假 体，股骨柄的表面作粗糙处理、多孔涂层或预涂骨水泥。这些表面处理的方法提高 了骨水泥与柄之间的结合强度，因此限制了柄远端的移位和柄在骨水泥套层内的微 运动。由于假体与骨水泥套层之间结合良好，所以这些表面处理方法可以降低骨水 泥套层上的应力。然而，如果假体柄一但与骨水泥套层剥离，则假体的粗糙表面会 加速磨损颗粒的形成，增加骨溶解的发生。因此，目前市面上的股骨柄都作了表面 抛光处理以避免类似的问题。研究数据表明，对股骨柄进行某种程度的抛光处理后 临床效果非常好。但是临床数据

8、还不能充分说明某种设计优于另一种。骨水泥套层在股骨柄周围形成满意的套层厚度是非常必要的，如果套层很薄，就成为薄 弱部 位， 从而发生内水泥套层的断裂。骨水泥断裂进而又导致假体枘的公动和置换手术的失败。骨水泥套层的厚度由几个因素决定。经过处理后股骨髓腔的大小和 形状与要植入的大小之间的关系非常重要：如果假体没有比所使用的扩髓器小一号 的话，就不会形成完整的骨水泥套层。股骨假体放置不当会引起局部骨水泥层过 薄，例如，如果股骨柄放在明显的内翻位，则近端内侧和远端外侧会出现局部骨水 泥套层过薄甚至出现缺损。目前，大部分假体的设计都具有假体中置机制，包括组 合型的或出厂时已装配好的骨水泥占位器，有时候，

9、假体近端的几何结构可以保证 假体在植入时处于居中位置。骨水泥固定假体的临床结果及手术要点骨水泥型THA的结果差别很大，影响结果的因素包括：（1患者的体格（2）假 体的类型（ 3）所采用的手术技术和骨水泥技术（ 4）手术医生（ 5）对手术结果 的判断（ 6）随访时间的长短。使用第一代骨水泥技术时， Charnley 全髋关节假体的临床效果最好，除此之 外的 假体系列的效果都不如意，主要原因有：假体内侧边角过窄，过尖引起骨水 泥套层上的应力过高，假体几何外形会引起局部骨水泥套层过厚。术前计划非常重要。股内假体模板用于确定合适的假体设计和尺寸。至于先择 何种设计的股骨柄，要根据医生的个人喜好和患者股

10、骨近端的几何形态。所选择的 假体型号要与髓腔相匹配，并留出足够的骨水泥套层空间（套层厚度最低23mm）。股骨颈的截骨水平要使患者的两条腿等长并且恢复患者固有的髋关节偏心距。 医生喜欢用那些能够把好的松质骨保留下来用于与骨水泥互锁的髓腔工具。很 多假体都需要用铰刀对髓腔稍作处理，然后用扩髓器对髓腔进行扩髓处理。这样做 的目标是使所准备出的髓腔在冠状面和矢状面上处于正确位置。骨水泥型股骨柄设计原则小结颈领： 股骨柄带有颈领将更有利于应力的合理传导，但是使用颈领的手术 技术要求高柄形态： 柄形态为直柄更容易形成完整的骨水泥套层。柄长度：初次髋关节置换手术，柄长度为100-130mm为最佳长度。柄的横

11、截面： 柄体四周要避免尖角，以防止由于应力集中而造成骨水泥断 裂。柄外侧而要宽，内侧要较窄，这样会降低骨水泥上的张应力，使用起来相对安 全。根据Crowninshield等人的研究24，图4中G图的梯形横截面为最优设计，外 侧宽、内侧窄，这种横截面的股骨柄内侧最大压应力与外侧最大拉伸应力之比最 大，使用起来最安全。柄体的材料： 由于钛合金弹性模量太小，不适合用于骨水泥型股骨柄。 同时要想取得手术的最大成功，还必须注意手术工具的设计和手术技术的精 确。非骨水泥固定的股骨柄不用骨水泥固定的假体的设计原理已经为人们所了解并接受。和膝关节不 同，非骨水泥固定的膝关节假体已经越来越不受重视，而非骨水泥固

12、定的髋关节假 体却依然受欢迎。下面的内容阐述了非骨水泥固定的股骨假体的设计原理和特点， 计论了手术入出指征和患者选择，总结了手术技术，讨论已经发表的结果和并发 症。生物固定的基本原理生物固定的核心概念是在假体和骨之间产生一个 “活”的界面。多孔材料： 对多孔材料的研究已有 30 多年的历史。这些材料主要包括钴铬钼合 金、钛及钛合金、含碳材料、氧化铝陶瓷、聚乙稀，甚至还有聚甲基丙烯 酸甲脂。多孔金属材料强度大、抗研磨性能好、力学强度好，所以能够承受高负 荷，因此比多孔聚合物应用效果好。钛的生物相容性比其它合金的生物相容性都要 好，但这并 不是骨长入的决定性因素。临床研究发现，用烧结珠粒的方法得到

13、 的多孔覆层和用扩散粘结金属纤维得到的多孔覆层骨长入量没有明显差别。孔径大小：150-400 m的孔径可以产生持续的组织反应，骨的形成速度最 快，生物固定的进展也最好。假体的运动： 假体在髓腔内相对于原位置的运动对于骨长入是一种负面 刺激，对于纤维组织的形成是一种正面刺激。虽然对这种运动参数还没有量化定 义，但“微运动”一词经常被用来讨论这一问题。文献中提到，发生骨长入可接受 的界面运动范围为50-100卩m很明显，这对手术中假体取得稳固的生物固定提出 了很高的要求。 Soballe 等人的研究表明，在重复出现的微运动的刺激下，带有 HA 的多孔覆层假体周围很快长出了越来越多的骨（界面强度不断

14、加强），而没有HA的多孔覆层假体骨长入效果较差。假体与骨床的贴合 : 假体与骨床紧密贴合，不仅对于立即稳定性是必要 的，而且会有更快速和更完整的骨长入。假体多孔表面和骨之间的间隙应该保持最 小，这个距离不应该大于50卩m通过微互锁达到力学固定 : 多孔覆层假体通过长入的组织与骨床构成 微互锁固定方式。如果长入组织为皮质骨，则每平方英寸的剪切强度超过1 吨（15-25Mpa。如果长入组织为松质骨，固定强度则比较差，比皮质骨低一个数量 级。如果已知假体表面骨长入的量及单位面积上的界面强度，就可以知道假体由于 组织长入所达到的稳定性。对于某些类型的假体，常常会有纤维组织长入；目前，人们对纤维组织的固

15、定 强度还没有作定量研究。由于已经发现有纤维组织长入的假体在翻修时也非常困 难，在用力取出假体时会把相邻的松质骨也一同撕脱掉，这样看来，这种纤维性微 互锁的力学强度也可以达到每平方英寸几百磅。生物活性陶瓷的理化特性:人造HA和磷酸三钙（TCP）作为生物活性 物质或骨传导物质被用于假体涂层以增大骨在假体表面的长入范围。 HA 的钙/磷比 为1.67,性能稳定，与TCP （钙/磷比为1.5）相比，在体内不容易被溶解掉。对于普通的假体柄，表面具有 HA涂层的假体，固定强度比不使用 HA的假体 强。对于表面具有多孔覆层的假体，使用HA后固定率和固定速度、骨长入假体表面的面积都比不使用 HA 的假体有提

16、高。但最终的应力分布与不使用 HA 的类似。磷酸钙涂层主要有两种用途。一种是用于表面光滑的假体，依赖于骨这种物 质的理化附着来增强固定。这种用途的磷酸钙要求有很高的纯度和很高的结晶度， 要求这种物质尽可能地不溶解。由于磷酸钙不可避免地具有一定的溶解度，所以第 二个用途是把HA或HA与TCP的混合物作为附加涂层覆于假体多孔覆层的表面， 利用骨传导作用通过骨长入达到假体与骨的机械互锁。在这种方式下，磷酸钙的溶 解或吸收对假体的远期固定影响不大。TCP或HA应用于假体表时，一般用等离子沉积的方法；假体基体一般选用钛 合金，因为钛合金与涂层的结合强度比钴铬钼要高。涂层越薄，机械强度越好。涂 层的典型厚

17、度为50卩m,但是更厚的、200卩m以下的涂层临床上也有广泛应用。HA 涂层假体的早期临床结果是令人鼓舞的，但仍需要进一步的研究结果作验 证，远期随访结果也有待作进一步评估。HA 涂层也有许多潜在的缺点。如果涂层从柄上脱落，它可能会进入关节间 隙，引起第三体犘擦，加速聚乙烯的磨损。活性涂层的远期生物学效应值得深思。 目前还不知道这种假体周围远期的骨重塑情况。也不知道这种生物活性涂层现有的 这种优势 （可靠的早期固定 ）是否会超过它将来可能出现的问题和价值提升的影响。生物固定假体表面的类型传统的办法是不同厚度的珠粒或金属纤维在假体表面形成相互连接的三维多 孔网络以利于组织长入 （图 6，图 7）

18、。常用的工艺是高温烧结或在高真空炉里用扩 散方法制成。多孔结构的钛作为假体表面覆层也在临床上应用了好多年，还有一种 类似细胞结构的钽也开始在临床上试用。多孔材料钽不仅孔隙度高，而且强度好， 有可能作为人体结构支架或移植骨替代品，当然也可以作为假体的覆层。研究发 现，长入组织与假体表面构成三维互锁时具有优异的机械稳定性。然而与那些具有 普通多孔表面的假体相比，差别并不很大。而且这种三维互锁固定在临床上是否有 意义也是很有争议的。如果没有其它界面的抗剪切和抗压性，假体与骨界面之间就 没有单纯的抗张力。如此说来，尽管一个界面的抗张性能相对较差，但整个假体也 会因为其它界面相对较强的抗剪切和抗压性能而

19、得到稳定支撑。与金属粉和金属纤维形成的多孔覆层相比，等离子喷涂所表成的涂层开口或 者说相互连接的孔隙少。用烧结珠粒的办法只能形成一层珠粒，这为骨长入提供了一种非常有效的开 放型多孔结构。这种表面处理方法最初的版本是应用于 Lord Madreporique 髋关节 假体表面的半球形珠粒，直径和空隙尺寸为 1-2mm。表面相对光滑或喷砂表面的假体也可以用于生物固定。这种表面的粗糙度一 般在5卩m的数量级，材料一般为钛合金。这种表面处理方法的理念是骨在假体表 面沉积或者说是附着生长，固定强度不如传统的骨长入和微互锁的强度好。另外还在假体基体表面通过机加工、离子束雕刻或显微滚花技术形成沟槽、 波纹或

20、小突起，以利于骨长入。动物实验表明，这种表面形态骨长入效果良好。通 过铸造的空隙要大一些。生物固定假体材料特性、几何形状、表面处理 任何假体的设计都需要考虑到所用的材料的特性、形状、与功能相关的几何 结构的特性、以及表面处理的特性。在这里我们只讨论那些与临床上选择假体密切相关的特性、以及表面处理的特性。在这里我们只讨论那些与临床上选择假体密切 相关的设计上的特点。然而，人们对非骨水泥型 THA仍然缺乏完整的理解。通过对 英格兰的 260家医院进行调查发现，临床上使用的非骨水泥固定的髋假体有30多种设计方式；最近在挪威的一项研究表明，市场上有 398 种不同型号和不同设计的非 骨水泥型髋关节假体

21、可供选择。材料特性： 常用于制造非骨水泥型股骨假体的材料有钴铬钼合金和钛合 金。钛合金具有更好的生物相容性，但是这两种金属在临床上都有令人满意的骨整 合。由于应力传递是影响假体远期效果的重要因素，所以材料的弹性模量就显得非 常重要。就这一点而言，钛合金是比较有吸引力的，因为钛合金的弹性模量与骨的 弹性模量最接近，大约是钴铬钼弹性模量的一半。但是钛合金有一个结构上的特点 是它的强度会由于表面的裂纹或缺口而明显降低。钛合金强度的这种缺口敏感性对 钛合金的设计与制造是一个重大限制，尤其是对表面处理的限制。另一个需要考虑的是材料的毒性。体内能检测到的钴铬钼浓度比较低，但是 即使体内的浓度很低，也会造成

22、细胞毒性。相反，钛合金在体内的碎屑和离子释放 都比较多，但是好象细胞对钛的耐受性比较好。假体设计： 从概念上说，非骨水泥柄必须满足：（1）可以达到立即稳定固定（2）可以达到长期的生物固定（3）具有良好的生物相容性和长期的骨重塑 为了达到这些目标，必须接受两种设计理念：（1）? ? 光面假体通过压配合可达到宏观锁住机制（2）带纹理的假体通过压配合可以达到微观锁住机制 柄与髓腔的配合与填充 ：可以设想，如果柄的形状与股骨髓腔的近端和远端达到紧密配合，则可以得到柄的稳定性，因此，接近正常股骨的应力应变模 式。不幸的是，股骨正常的应变模式是在股骨头和股骨颈都比较完好的情况下得到 的，任何髓内负重的方式

23、都会明显改变股骨的受力模式。有效的压配合设计与骨的几何结构、髓内的负重方式和界面之间的情况有关。 影响非骨水泥假体植入的重要因素是股骨形态的差异。由于股骨近端形态的变异性 很大，有人得出如下结论：与其要在不规则的股骨近端达到稳定固定，还不如在股 骨干髓腔皮质骨处得到稳定的固定。在不使用骨水泥的情况下，为了得到稳定的固 定，非骨水泥柄一般要比骨水泥柄大一点，这就使股骨柄的硬度明显增加，因此容 易发生股骨近端的应力遮挡。为了避免这一点，在柄的设计中常常加上凹槽、凹坑 等，以在柄体增大的情况下柄的硬度仍然不增加。众所周知，柄与髓腔内壁达到紧密配合可以得到稳固的初始稳定性。但是， 柄固定的牢固程度会在

24、几个月后随着骨重塑而减弱。通过对狗的研究表明，柄远端 配合紧密的确会增大远端接触处的应力（因此近端应力就小了）。然而，这一现象 与长期的骨密度的改变并没有相关性。在直径上，柄比髓腔内径大出 0.5mm 就会 在插入柄时造成微应变 100%的改变，这可以通过环形应力的改变和骨的衰竭来发 现，这是压配合柄固有的情形。文献报导，在狗身上做实验时，在直径上柄比髓腔 大 1mm 时，在插入柄的过程中就会引起骨折。不管是近端还是远端，提到配合适当，仍然存在着很多争议。设计、负荷和稳定性之间的关系： 仔细分析某种设计的股骨柄对髓腔 的填充情况可以预测它负重后的下沉情况。然而，正如 Rashmir-Raven

25、 等人发现的 那样，冲击 力和植入过程对下沉的影响要比所谓的 “配合与填充 ”更大。柄在术后早期就下沉 2-3mm 与术后疼痛的相关性不大，而股骨柄旋转不稳定却有临床症状，尤其是在 站起来或爬楼梯时有明显的疼痛。对股骨柄几何外形的研究发现，弯柄抵抗不同面上的扭矩的能力优于直柄，但这两种柄在轴向上的稳定性差别并不明显。但是在临 床上，还没有发现有效证据来证明近端弯曲的效用。总之，通过对柄在髓腔内的位置的研究发现柄在股骨长轴上的下沉影响不大， 而且仍然有基本的骨整合；但是旋转不稳定却与临床效果差相关性极大。正如上面 所说，通过对柄在髓腔内的位置的研究发现，假体的负重方式是不同假体和不同表 面处理之

26、间的重要区别。柄的设计与骨重塑： 这是一个比较复杂但相当重要的问题，当前股骨柄 设计都在尝试把一部分负荷传递到股骨近端的干骺区。应力传递的有效性与假体的 弹性模量、形状、大小，以及有无颈领、多孔涂层的分布和手术技术有关。由于钛 合金和钴铬钼之间弹性模量的差异，导致钛合金在股骨近端造成的应力遮挡比钴铬 钼小 30%、在远端造成的剪切应力也比钴铬钼小 30%。动物实验发现，骨重塑和 X 射线发现的良好匹配之间没有明显的相关性 69 。骨水泥假体造成的骨吸收明显比 非骨水泥假体的要小。颈领： 大部分近端多孔覆层、干骺区占满型的股骨假体都没有颈领，因为颈 领会限制柄在髓腔内插入的深度。而且，如果锥度设

27、计的柄带有颈领，则颈领会限 制柄的下沉，而这种锥度柄的设计初衷是允许柄在植入初期有轻微下沉，以使柄在 髓腔内处于一个稳定的位置。但是还没有任何科学研究或临床数据来说明非骨水泥 柄带有颈领的缺点及具体数值。研究表明，带有颈领的确提高了柄的稳定性，在单 腿站立和爬楼梯时可以看到这一点。压配合型无领加长柄会使股骨近端的压应变比 正常股骨大 15%，而有领柄使股骨近端的压应变比正常股骨大 50%。有些生产厂家 为了照顾医生的选择，提供组合型颈领，使同一个股骨假体可以带颈领使用也可以 不带颈领使用。这样做通常会使人想到他们缺乏令人信服的基础研究和临床资料。 颈领好象既没有改善股骨近端的骨重塑，也没有阻止

28、柄的下沉。全喷涂假体由于它与股骨干处的“刮擦配合”而具有良好的旋转稳定性。这 种假体在干骺区往往并没有占满髓腔，因此带有颈领会有助于防止这种假体的早期 下沉。表面处理正如前面所说，非骨水泥固定的股骨假体有两种设计思想：光面外形具有宏 观锁住机制，而表面处理具有微观锁住机制。从理论上说，光面股骨柄引起的股骨 近端应力遮挡比较小。然而在临床上和实验中都没有观察到这种现象。如今，大家 基本都能接受所谓的宏锁住机制很难达到长期的无痛使用，而生物固定则不然，因 为柄与股骨髓腔之间具有生物骨整合。因此，非骨水泥型的光面柄如今已经不常用 了。关于最佳的表面处理方法，当前骨长入效果较好的是孔直径在150-40

29、0 微米充许骨附着或骨长入的表面纹理包括：烧结珠粒、金属丝网、等离子喷涂。不同的表 面处理过程所得到的表面纹理具有不同的密度、不同的附着强度、不同的孔隙度。 但通过对文献的复习可以清楚地发现，表面处理对骨长入和骨重塑的影响要比整体 设计的影响小。当我们选择一个假体时，关于表面处理要考虑三点：多孔表面在圆周的分布 情况部分、仅覆盖近端还是覆盖整个柄体；表面处理是否还加上 HA 或磷酸三钙或其它 生物因子。四周表面处理： 虽然并不要求有骨整合，但是仍然推荐使用四周处理， 这样可以减少碎屑沿两个小凸起之间向远端滑动。虽然基础研究对这种看法的支持 有限，但是今天大部分外科医生都接受四周表面处理的概念。

30、近端多孔覆层假体： 由于这种假体有很多种设计参数，而且临床应用时 间短，这样对近端多孔覆层的非骨水泥假体就很难得出一个肯定的结论。比如材料 可以是钴铬钼或钛合金；覆层可以是珠粒、丝网、等离子喷涂。从汇总到的数据可以看出，很多种近端多孔涂层的假体，在初次置换手术后 都可以得到稳定的生物固定。在 2-9 年的随访中，力学松动率（因为股骨柄的无菌 性松动或X线松动而需要翻修的症例）为2%-10 %。甚至有报导，在随访差不多相 同的时间里，这种结果上的差异是有多方面原因的，例如宿主骨的因素、后术技 术、假体的设计等因素。虽然这些因素都起一定的作用，但是假体的设计对最终的 结果起着最重要的作用。Pill

31、iar 等人的研究表明，假体的初始稳定性影响着骨长入的发生。那么，从逻 辑上说，手术经验越丰富、手术技术越进步，所达到的假体与髓腔的 “匹配与填充 ” 就可能越好，因此也就越有可能改善骨长入情况。临床研究也证实了这一推理。因 此，改进假体设计和手术技术，可以改善假体柄的固定，从而提高临床结果。一般认为，假体不稳定是造成大腿明显疼痛的最常见原因。也有个别固定良 好的股骨假体也有大腿痛现象。情况好的患者，术后大腿痛的频率与骨水泥柄相似；而大多数情况下，这种近 端多孔覆层的股骨假体术后大腿痛的几率大于骨水泥柄。为了降低固定良好的非骨水泥假体引起大腿痛的发生率，生产厂家通过在假体 上开狭槽、长槽、使假

32、体的中远段变细来降低股骨假体远端的硬度（带或不带组合 式的柄远端）。为了验证这些措施的临床效果，Bourne等人对105个Mallory-Head假体（这是一种由钛合金制成的假体，近端有等离子涂层，没有占满股骨干处的髓 腔）进行了临床随访，发现术后两年，只有2%的髋有轻微的大腿痛，中度大腿痛只占 1%。虽然这是股骨柄革新后的早期结果，但不知道这一结果是设计上改变造 成的，还是因为有了更加可靠的骨性固定。有人还尝试过增加对骨髓腔的扩大，从 而在股骨近端得到紧密的固定。这样可以降低大腿痛并降低应力遮挡。临床结果表 明，使用这种技术使术后大腿痛的患者降到了 2%，而且固定良好，临床效果佳。全柄体多孔

33、覆层的股骨假体： Engh 和他的同事是美国使用全覆层假 体时间最长，经验最丰富的人。在对 AML 假体的初步研究中，他们使用的假体只 有有限的型号，总共做了 307例髋关节手术，随访 2至 5年。其中 195例股骨柄假 体能够占满髓腔， 100%获得了稳固的固定（ 93%有骨长入， 7%有稳定的纤维长 入）。另外 112 个股骨假体没有占满髓腔，只有 93%的柄是稳定的，只有 69%有骨 性固定。有 14%的人出现了大腿痛， 21%的患者有跛行；使用小一号的股骨柄的患 者，跛行和大腿痛更为常见。在能够得到全号的 AML 假体时，这个小组又植入了 227 个全覆层 AML 假体并且进行了平均

34、8.4年的随访。在这一组患者中，股骨柄无 菌性松动的翻修率仅为 0.4%，只有 1.3%的股骨柄有 X 光松动但无须翻修。大腿痛 的发生率减小到1.2%。Pellegrini等人也报告了使用这种全覆层假体的类似结果。应力摭挡是全覆层假体需要特殊关注的问题。在一个对 411例AML假体进行随 访的过程中， Engh 和他的同事在 4.1%的患者中发现了严重的应力摭挡，在 14.1% 的患者中发现了中度的应力摭挡。应力摭挡和以下几个因素成正比： 1、假体远端 有骨长入； 2、柄体直径较大； 3、术前有骨质减少症。使用全覆层假体可以得到稳 定而可靠的固定，但要权衡一下潜在的应力摭挡问题和潜在的翻修难

35、的问题。应力 摭挡的影响仍然需要进一步的了解。压配合型非多孔覆层的非骨水泥股骨假体以上讨论一些在北美最常见的一些非骨水泥假体。但是没有涉及到无涂层的、光面或有粗大纹理的非骨水泥股骨柄。 Dupark和Massion报告了 203例使用光 面解剖型设计的钛合金柄的临床应用情况，随访 2-6年，32个股骨柄因为有松动症 状已经被翻修，145例在X光随访中结果令人满意，59例有广泛的X光透亮线，22 例有松动。 5 年随访中股骨柄无翻修无松动的存活率仅为 77%。另外有一组患者使用无表面多孔覆层、表面粗糙处理的钛合金柄，虽然没有 在北美广泛应用，但临床效果比光面股骨柄的明显提高。 Blaha 和他的

36、同事报告了 意大利的 300例使用 CLS 假体（一种带有楔形和锥度设计的、表面粗糙处理的、非 多孔覆层的钛合金假体）。在 5 到 8 年的随访中（平均随访 7 年），只有 0.8%的假 体是因为无菌性松动而需要翻修的，有 0.8%的假体有 X 光松动（无菌性力学松动 率为 1.6%）。大部分的非骨水泥假体用于骨性关节炎和骨质良好的患者。非骨水泥假体用 于其他患者人群的结果有待特别讨论。与假体设计有关的并发症非骨水泥和骨水泥固定的全髋关节置换存在着一些共同的并发症，比如软组 织的问题、神经血管的问题、髋关节不稳定等。另外非骨水泥固定的假体还存在着 一些特殊的问题：术中骨折、假体松动、骨溶解、应

37、力摭挡、异位骨化等。术中股骨骨折：在Mayo医院，非骨水泥术中骨折率为3.9%，骨水泥术中 骨折率为 0.1%。发生术中骨折后可以用环扎带来处理，有些改为骨水泥固定。如 果在近端多孔覆层的股骨柄插入过程中造成骨折，这种骨折通常是股骨近端的一个 微小的裂缝，用环扎带固定就可以了。大多数情况下，轻微的、非错位性的骨折仍 然可以用非骨水泥柄。只有在骨出现裂缝后使用环扎带仍然得不到满意的固定时， 才考虑使用骨水泥固定的假体或全柄体多孔覆层假体。使用远端占满型的全涂层假体与近端涂层假体与近端涂层的假体发生术中骨 折的方式不同，远端占满型的全涂层假体一般是股骨干处劈裂型骨折。如果劈裂处 扩展到柄远端尖部，

38、推荐在术中使用内固定术。近端骨折用环扎带和远端固定型全 涂层假体柄来处理。采用这种方案，随访 1-10年（平均 3年）没有发生副作用。假体松动： 非骨水泥型假体柄的松动可能有很多力学原因。很明显，最常 见的原因是假体植入的头几个月里，多孔覆层上没有骨长入。在有些情况下纤维组 织长入充分的话，也会使假体固定良好，功能正常。但有些情况下假体会松动从而 出现临床上的假体失败。有很多有效的方法可以避免这种并发症的发生：1、小心选择适合的患者； 2、小心选择适合的假体； 3、仔细地进行手术操作，重点是使用 合适型号的假体并在术中使假体得到牢固固定。假体柄的力学松动还有其它的原 因，比如，有些病例中，严重

39、的骨溶解可能导致假体的松动。骨溶解 ：通常是由磨损碎屑引起的。不同设计的假体和不同的随访年限， 局部骨溶解的发生率差别很大。那些近端带有四周多孔覆层的假体远端骨溶解的风 险好象小于只有成片区域才有多孔覆层的假体。理论分析看，这种成片区域的多孔 覆层为磨损碎屑提供了到达假体远端的通道。因此，带有周边覆层的假体柄似乎能 够更有效地封住股骨上端 （即形成所谓的 “密封圈 ”），避免磨损碎屑到达柄的远端。 这种柄股骨远端骨溶解率为 2%（平均随访 4年）到 10%（平均随访 7 年）。而成片的多孔覆层所引起的骨溶解率为 12%（随访 5-5.5 年）。 Goetz 等人的 研究发现，这种成片的多孔覆层

40、所引起的骨溶解率为 29%（平均随访 4 年）。尽管 成片多孔覆层的假体柄所引起的远端骨溶解率似乎更常见，但是这种关系仍然没有 得到肯定的证实；而且，很明显，任何非骨水泥型（或骨水泥型）股骨假体远端都 会发生骨溶解，尤其是松动的假体远端。而近端带有周边多孔覆层的股骨柄近端固 定良好，但常常在近端有严重的骨溶解发生。严重的近端骨溶解会削弱近端骨的强 度，从而引起大转子或小转子骨折。应力遮挡： 应力遮挡的发生与骨科植入物有关，因为植入物改变了局部 骨的应力。对于股骨假体来说，全多孔覆层假体远端有骨长入，所以通常会造成明 显的应力遮挡。硬度较高、横截面较大的假体柄造成的应力遮挡比那些弹性好、横 截面

41、较小的假体严重。 Haddad 等人的研究表明，患者骨的质量对骨溶解的影响更 明显。研究表明，对侧患有明显骨质减少症的患者，植入全多孔覆层的假体后出现 严重应力遮挡的危险性更高。由于还没有更好的办法来处理严重的应力遮挡问题，所以对于一个固定良好 的假体来说，随访观察是最好的办法。手术技术手术禁忌征： 非骨水泥假体置换手术不适用于那些患有代谢性骨病、骨质 差、骨质疏松、或者是余生不长的患者。比较典型的情况是 65 岁以上的患者一般 不考虑使用这种假体除非他们的活动量比较大。 70 岁以上的患者，不论活动量多 在，最好使用骨水泥固定的假体。术前计划： 术前计划可以使假体在干骺端和股骨干处与骨髓腔达

42、到最佳配 合。由于股骨近端和远端和远端几何形态的变异性很大，所以需要对正位片和侧位 片同时进行测量。股骨近端和远端大小的比例关系是选择假体的依据。因此，髓腔 很大，近端呈喇叭口形的股骨（ A 型股骨）通常使用全接触型的、峡部紧密配合型 的假体。而远端 -近端几何形态相对正常的股骨 （B 型股骨） 可以考虑使用近端紧密 配合型假体。股骨髓腔呈在 “烟囱”状的股骨（ C 型）最好考虑使用骨水泥固定。股骨颈截骨 ： 为了精确地估计截骨的深度、方向，确定截骨线，需要使用 截骨模板。在截去股骨头时，截骨水平是最重要的。髓腔的处理： 要实现稳固的固定，要么选择近端干骺区固定，要么选择全 接触股骨干区固定。

43、对于前一种情况，要选用锥形铰刀处理髓腔。如果选择全接触 股骨干区固定方式，则有必要使用柱形或者说直的髓腔铰刀来处理髓腔。对于弯柄 而言，要使用软铰刀。对于柱形柄，要使用直的硬铰刀。使用铰刀扩髓的目的是让 不同形态、不同大小的股骨髓腔内插入特定形态的、型号有限的假体。近端固定的 假体要求股骨近端干骺区被假体占满。相反，对于股骨干区占满型的全喷涂假体， 所选择的假体型号必须使假体在股骨干区与髓腔紧密配合。用铰刀处理完髓腔后，还要用一系列的髓腔锉来处理股骨近端。髓腔锉以后 适的前倾角沿着髓腔壁向下。当最后一号髓腔锉打入髓腔后，用扭力扳手测扭转稳 定性。 如果髓腔锉在髓腔内没有运动，则表明假体会有稳定

44、的固定。动物实验研究表明， 如果髓腔锉与假体柄高度匹配，在用锉处理髓腔时，股骨的应变大约为100 个微应变。而当柄插入髓腔时，股骨的应变增加到 100 个微应变，这一结果表明，髓腔锉 与假体的稳定性有关，但不是唯一的影响因素。试验复位： 一旦某个号码的髓腔锉可以使假体得到稳定的固定，则将该锉 留在髓腔内，用组合型试头和试脖小心地进行试验复位。髋关节的稳定性可以通过 伸髋和外旋来评价，这样可以保证股骨柄或髋臼假体不至于过度前倾。屈曲内旋动 作可以保证假体有足够的前倾角度。插入： 和骨水泥型假体的植入不一样，在插入非骨水泥假体之前对髓腔进 行冲洗弊多利少。血、骨碎片和骨髓会增强骨的整合。在将假体插

45、入髓腔时，要保 证适当的方位和前倾角。插入深度不同设计的假体有不同的表示方法。大部分假体 不使用颈领，插入时直到得到稳定的固定为止。研究表明，打击力量与术后假体的 下沉有直接关系。一系列的轻度打击要优于一次性的重击，因为重击会引起股骨近 端骨折。术中骨折： 研究表明，术中使用直径比髓腔锉大 1mm 的假体就会引起术中 骨折。影响假体使用寿命的重要因素对于非骨水泥型关节置换假体，有一些理论的实际的问题变得越来越明显。这 些问题主要与假体本身的力学问题有关，其它还有生物学本身的问题。1、覆层的力学强度粗略地说，多孔覆层的力学强度，静态负荷时应达到3012MPa 以上（ 4，400psi）,疲劳测试

46、时应达到12MPa（ 1,800psi）。如果覆层在假体基体上的粘结强 度不够，则容易整片地脱落下来，造成假体松动、炎症反应（最终导致骨溶解）、 第三体摩擦等不良影响。2、假体基体的强度 假体基体的强度会因为热处理和在基体表面用冶金方法覆盖多孔覆层而降 低。烧结而成的钴铬钼假体的疲劳强度小于或等于铸造钴铬钼假体的疲劳强度,比锻造 钴铬钼假体的疲劳强度低三倍。尽管多孔覆层的股骨柄很少发生断裂,但还是有一 些这方面的报导,最常见的是柄体较小、全覆层的 AML 假体。金属丝覆层常用于 钛合金假体表面,因为这种工艺在加工过程中温度低,不会使钛合金发生相变,因 此不会改变钛合金的疲劳强度。等离子喷涂过程

47、中没有加热,所以假体基体仍然可 以保持较高疲劳强度。但是这种假体疲劳强度的保持是以覆层粘结强度的降低为代 价的。即使不考虑热处理的影响,使用冶金方法形成多孔覆层时,也会在钛合金表 面形成应力集中点,从而降低钛合金的疲劳强度,原因是钛合金的缺口敏感性使钛 合金假体在受到张应力时容易造成疲劳断裂。因此,对于钛合金假体,多孔覆层仅 限于在柄的近端使用,而且禁止在柄外侧使用,因为外侧区为柄的高张应力区。3、假体的稳定性 假体获得良好骨长入的先决条件是假体与骨之间要达到高度的力学稳定性。这就需要仔细的手术方法和精心设计的手术工具来使假体与骨在干骺端和股骨干处获得良好的匹配。很多研究都表明，近端和远端都达

48、到紧密配合时可以使假体获得整体稳定固定。 Schneider 等人研究发现弯柄的扭转稳定性比较差。在欧洲和北美，直 柄比弯柄更受欢迎，也许是因为使用直柄时，股骨髓腔处理起来容易、准确、简 单。如果扩髓时不把髓腔远端过度处理，则很难把一个弯柄完全插入到髓腔内，因 此弯柄的远端很难与骨髓腔达到紧密配合。另外，弯柄的远端也不容易再增加防旋 转凹槽；全柄体都有多孔覆层和骨长入的弯柄，在翻修取出时难度极大180 。目前还没有令人信服的证据表明柄有领或无领对临床结果和近端骨重塑有正面 影响。假体的颈领除了可以增加初始的旋转稳定性和轴向稳定性外，还可以明确指 示柄的插入深度、将轴向应力传递到股骨近端、阻止假

49、体下沉。当骨长入发生后， 由于假体与骨之间的微互锁加强，所以假体与骨之间的抗剪切强度增大，因此，颈 领的优势就不明显了。组织长入假体后，假体出现了二次稳定。就 AML假体的临床评分、X线松动和 翻修资料来看，全覆层假体的临床效果优于近端覆层假体。4、假体的组合情况 设计组合型假体是为了适应个体解剖的差异，达到假体与股骨髓腔近端和远端的“匹配与填塞 ”，从而提高假体的稳定性。然而没有证据表明组合式假体比单 块的股骨假体的临床效果更好。另外，组合式假体的组件连接处发生腐蚀和磨损后 会产生额外的碎屑。5、与应力相关的骨吸收 应力遮挡是一个基本的固体力学问题，当骨与金属假体相连接，二者平行负重，硬度较高的假体承受的大部分的负荷。一般地说，这种应力优先通过假体传递 的程度随着假体与骨之间的硬度的差别的增加和二者连接牢固程度的增加而增加。由于弯曲硬度和扭转硬度与假体尺寸的四次方成正比，所以，改变假体的大小可以 明显改变假体的硬度。这些力学原理可以解释髋关节手术后的大部分问题。比如，股骨柄硬度较高 而且与股骨通过骨长入达成牢固的连接，这样就容易因应力遮挡而造成严重的骨吸 收。如果使用